高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统及方法，系统中，信号发射与接收模块实现超声信号的发射与接收；FPGA数据处理模块包括波束产生子模块和逻辑时序控制子模块以及位移解调算法子模块、DDR缓存子模块、算法滤波子模块、存储子模块和通信模块；ARM数据管理模块包括液晶显示子模块和按键控制子模块以及成像存储子模块和信号存储子模块；电源管理模块用于为其他模块提供电源。通过本发明专利技术的技术方案，实现超声信号高速率、多通道实时采集，实现丰富的测量功能，提高了检测效率和检验过程的智能化程度。了检测效率和检验过程的智能化程度。了检测效率和检验过程的智能化程度。

【技术实现步骤摘要】
高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及管道损伤检测
，尤其涉及一种高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统以及一种高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测方法。

技术介绍

[0002]PE管(聚乙烯材料)由于材料自身强度高、耐磨性好、无毒、重量轻、安装方便等优良特点。因此PE管道被广泛应用于城市燃气、供水及农业灌溉等各个方面。PE管道系统熔接技术的优劣，直接关系到管道网络的运行效果和使用寿命，其熔接接口质量问题可能直接导致燃气、供水泄露等系列问题，从而影响城市生活。目前，聚乙烯管连接有多种方式，其中热熔对接是最常用的连接方式，但是在热熔对接过程中，管道对接区域材料结构和性能可发生变化，对接过程中不可避免地产生一些缺陷。对接头质量与对接过程加热温度，对接压力以及加热时间等工艺参数有关，而且在对接过程中，对接工艺参数不当可能会产生冷焊、气孔和夹杂等内部缺陷及错边、不对称等外部缺陷。因此有必要对高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷进行检测及评价。
[0003]外部缺陷可利用外观检验来确定，但内部缺陷目前只能利用无损检测技术来检测，超声技术适用性强，操作简单。而热熔接头的检测存在焊缝结构比较复杂、缺陷定位等主要难点。目前在超声检测中，主要还是依靠检测人员肉眼识别图像中的缺陷信息，凭工作经验判断产品等级。这种方法过于依赖现场人员的经验，而人员的主观判断也易于受到个人经验、现场环境、思维方式、技术水平等因素的影响。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供了一种高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统及方法，通过FPGA+ARM的硬件架构，在FPGA内部构件加速算法，利用ARM进行主控，实现超声信号高速率、多通道实时采集，硬件系统采集到的数据通过有线和无线方式由TCP/IP协议发送至软件系统，并由软件系统建立和完善数据库，在此基础上，软件系统能够根据数据实现丰富的测量功能，并具有统计、分析、生成报表、远程诊断等功能，解决检测过程耗时、耗力、测不准的问题，同时也可以提高检测效率和检验过程的智能化程度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统，包括：硬件系统和软件系统；
[0006]所述硬件系统包括信号发射与接收模块、FPGA数据处理模块、ARM数据管理模块和电源管理模块，所述软件系统包括多种功能模块，所述软件系统与所述硬件系统之间实现通信连接；
[0007]所述信号发射与接收模块包括超声相控阵探头、波束合成芯片、高压放大芯片、隔离开关芯片和模拟前端芯片，实现超声信号的发射与接收；
[0008]所述FPGA数据处理模块包括用于产生超声信号的波束产生子模块和逻辑时序控制子模块以及对接收的超声信号进行处理的位移解调算法子模块、DDR缓存子模块、算法滤
波子模块、存储子模块和通信模块；
[0009]所述ARM数据管理模块包括用于实现人机交互的液晶显示子模块和按键控制子模块以及用于管理和存储数据的成像存储子模块和信号存储子模块；
[0010]所述电源管理模块用于为所述信号发射与接收模块、所述FPGA数据处理模块和所述ARM数据管理模块提供电源。
[0011]在上述技术方案中，优选地，所述超声相控阵探头安装于扫查架上，所述位移解调算法子模块将所述扫查架的旋转位移运动转换为可量化的电子信号，实现实时位移的计算，并通过所述算法滤波子模块将位移信息与超声图像进行对应。
[0012]在上述技术方案中，优选地，所述软件系统的功能模块包括可视化界面、U盘加密、数据存储、数据查询、参数
‑
缺陷映射关系、图像重构、图像处理、缺陷标注、缺陷分类、缺陷分级和报表输出；
[0013]所述可视化界面用于为所述液晶显示子模块提供可视化显示界面；
[0014]所述U盘加密校验U盘序列号并与预配置序列号对比，以实现针对指定U盘的读写功能；
[0015]所述数据存储用于存储所述硬件系统传输来的超声信号的原始信息和图像信息，所述数据查询提供查询接口；
[0016]所述参数
‑
缺陷映射关系用于提供接头缺陷与所述硬件系统采集到的相应参数之间的匹配关系；
[0017]所述图像重构用于对超声图像进行重构，所述图像处理用于对超声图像进行进一步处理，所述缺陷标注用于对超声图像中的接头缺陷进行标注，所述缺陷分类和所述缺陷分级用于确定接头缺陷的种类和级别；
[0018]所述报表输出用于将基于所述超声相控阵探头的检测结果进行报表输出。
[0019]在上述技术方案中，优选地，所述逻辑时序控制子模块控制所述波束产生子模块产生正弦波束，所述波束合成芯片用于对所述正弦波束添加预设时间延迟以进行动态聚焦，并通过所述高压放大芯片对激励电压进行放大后通过所述超声相控阵探头实现超声信号发射；
[0020]所述隔离开关芯片用于对所述超声相控阵探头接收到超声信号进行隔离，所述模拟前端芯片对超声回波信号进行采集。
[0021]在上述技术方案中，优选地，所述算法滤波子模块包括前置滤波、预放大、时间增益、对数压缩、混频滤波和超声解调模块；
[0022]针对所述模拟前端芯片采集的超声信号，所述算法滤波子模块首先对超声信号进行前置滤波以消除干扰信号，对所述超声信号进行预放大，并添加对应的时间增益以对不同时间段接收到的超声信号进行线性叠加，再对所述超声信号进行对数压缩和混频滤波以提取所述超声信号的包络信息，通过对超声信号进行超声解调得出超声图像。
[0023]在上述技术方案中，优选地，所述FPGA数据处理模块与所述ARM数据管理模块之间通过FSMC总线实现通信连接，所述FPGA数据处理模块中的通信模块通过以太网口或4G无线模块与所述软件系统实现通信连接，通过TCP/IP协议传输数据。
[0024]在上述技术方案中，优选地，所述液晶显示子模块用于显示经过处理的超声图像，所述按键控制子模块用于管理输入的按键信息，所述成像存储子模块用于存储处理后的超
声图像，所述信号存储模块用于存储由所述DDR缓存子模块读取的原始数据；
[0025]所述ARM数据管理模块还包括指示灯子模块和温湿度传感器，所述指示灯子模块用于指示ARM设备的运行状态，所述温湿度传感器用于采集ARM设备的操作环境温湿度。
[0026]本专利技术还提出一种高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测方法，应用于如上述技术方案中任一项公开的高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统，包括：
[0027]对硬件系统的各模块进行初始化，预设初始参数；
[0028]通过所述硬件系统的超声相控阵探头发射超声信号以对高密度聚乙烯管道热熔对接接头进行探测，并对超声回波信号进行采集；
[0029]通过所述硬件系统的FPGA数据处理模块对所述超声回波信号进行滤波和解调生成超声图像，并利用ARM数据管理模块的液晶显示子模块显示所述超声图像；
[0030]将所述FPGA数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统，其特征在于，包括：硬件系统和软件系统；所述硬件系统包括信号发射与接收模块、FPGA数据处理模块、ARM数据管理模块和电源管理模块，所述软件系统包括多种功能模块，所述软件系统与所述硬件系统之间实现通信连接；所述信号发射与接收模块包括超声相控阵探头、波束合成芯片、高压放大芯片、隔离开关芯片和模拟前端芯片，实现超声信号的发射与接收；所述FPGA数据处理模块包括用于产生超声信号的波束产生子模块和逻辑时序控制子模块以及对接收的超声信号进行处理的位移解调算法子模块、DDR缓存子模块、算法滤波子模块、存储子模块和通信模块；所述ARM数据管理模块包括用于实现人机交互的液晶显示子模块和按键控制子模块以及用于管理和存储数据的成像存储子模块和信号存储子模块；所述电源管理模块用于为所述信号发射与接收模块、所述FPGA数据处理模块和所述ARM数据管理模块提供电源。2.根据权利要求1所述的高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统，其特征在于，所述超声相控阵探头安装于扫查架上，所述位移解调算法子模块将所述扫查架的旋转位移运动转换为可量化的电子信号，实现实时位移的计算，并通过所述算法滤波子模块将位移信息与超声图像进行对应。3.根据权利要求1所述的高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统，其特征在于，所述软件系统的功能模块包括可视化界面、U盘加密、数据存储、数据查询、参数
‑
缺陷映射关系、图像重构、图像处理、缺陷标注、缺陷分类、缺陷分级和报表输出；所述可视化界面用于为所述液晶显示子模块提供可视化显示界面；所述U盘加密校验U盘序列号并与预配置序列号对比，以实现针对指定U盘的读写功能；所述数据存储用于存储所述硬件系统传输来的超声信号的原始信息和图像信息，所述数据查询提供查询接口；所述参数
‑
缺陷映射关系用于提供接头缺陷与所述硬件系统采集到的相应参数之间的匹配关系；所述图像重构用于对超声图像进行重构，所述图像处理用于对超声图像进行进一步处理，所述缺陷标注用于对超声图像中的接头缺陷进行标注，所述缺陷分类和所述缺陷分级用于确定接头缺陷的种类和级别；所述报表输出用于将基于所述超声相控阵探头的检测结果进行报表输出。4.根据权利要求2所述的高密度聚乙烯管道热熔对接接头缺陷检测系统，其特征在于，所述逻辑时序控制子模块控制所述波束产生子模块产生正弦波束，所述波束合成芯片用于对所述正弦波束添加预设时间延迟以进行动态聚焦，并通过所述高压放大芯片对激励电压进行放大后通过所述超声相控阵探头实现超声信号发射；所述隔离开关芯片用于对所述超声相控阵探头接收到超声信号进行隔离，所述模拟前端芯片对超声回波信号进行采集。5.根据权利要求4所述的高密...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈迎春，卢淇，李延峰，祝维婧，李强，范效礼，时亚南，
申请(专利权)人：新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院，
类型：发明
国别省市：